CN108425349A - 一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，包括如下步骤：(1)选址；(2)确定装机容量；(3)基建；(4)接入风能、太阳能；(5)水产养殖；(6)旅游观光。本发明在大流域中上游、高海拔山区建造高坝大库抽水蓄能水电站，将大电网的弃电、风能、太阳能等以水能的形式进行大规模储蓄开发，进行电网调峰发电，不仅解决了风能、太阳能不能连续为用户提供稳定能源问题，还可以将丰水期大量的弃水和弃电调节到枯水期来利用，基本解决本流域甚至跨流域调水和防洪问题，并大幅度提高中下游河道枯水期流量，改善河道的航运环境，提高河道的航运能力,同时大幅度提高了中下游水电站群全年的发电能力，大幅增加全年发电量。

Description

一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法

【技术领域】

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法。

【背景技术】

能源危机已经在一定程度上影响和制约了人类社会经济的可持续发展。与此同时，由于人类对传统矿物质能源的过分依赖以及对燃料能源的大量使用，所造成的温室效应以及对大气环境的严重污染，又使得人类的生存环境面临着严峻的挑战。为了改变这种局面，人类不得不在探寻新的环保洁净能源。

大力发展水能、太阳能和核能等能源的开发利用，已经成为世界各国解决矿物能源危机，减轻大气环境污染的重要途径。我国作为能源消耗大国，在进行能源探寻和开发利用方面也作了许多工作，大量水电站的相继建设和运行以及核电站的并网发电，太阳能产品、装置的市场化运作以及规模化的发展，为缓解我国矿物能源供需矛盾起到了一定的积极作用，但是这还远远不能满足社会经济发展的需要。将水能、风能、太阳能等环保洁净能源代替传统的矿物燃料能源是人类梦寐以求的渴望和追求。

我国修建常规水力发电站的技术水平和规模已走在了世界的前列，但修建大容量跨年度调节的抽水蓄能水电站数量明显不足，造成了我国目前丰水期丢弃了可发电超过600亿千瓦时以上的清洁能源。如何找到一种不浪费这些丰水期清洁能源的方法，已显得十分迫切。同时我国大江大河在时间和空间来水量也极不均匀，如何充分利用和调配好这些宝贵的稀缺资源，急需寻找到一种切实可行的解决方法。

【发明内容】

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，该方法使抽水蓄能电站的选址及建造更加方便，能充分利用弃电、风能和太阳能等进行大规模抽水蓄能，进行电网调峰发电，并将丰水期的弃电放大到枯水期来利用，调节本流域甚至跨流域调节水力资源，提高中下游水电站群的发电能力。

为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，包括如下步骤：

(1)选址：根据山体的高度和河流的走向进行选址，确定抽水蓄能水电站的上坝和下坝的建造地址，规划建造高坝大库抽水蓄能水电站的上坝和下坝；

(2)确定装机容量：确定上坝和下坝的建造地址后，根据上坝、下坝组成的上、下水库间的水头和下水库的调节库容，按以下公式计算并确定高坝大库抽水蓄能水电站的装机容量：

V＝ΔHR/3150

其中：

V为装机容量，ΔH为上、下水库间的水头，R为下水库的调节库容；

以下为上式的详细推演过程：已知公式2和公式3，

公式2.Q＝R/25200；

公式3.V＝ηgΔHQ；

在公式2、公式3中：

Q为流量，按每天抽水7h，即25200s计算；

η为总效率，η＝η₁η₂，取抽水效率η₁＝0.9、发电效率η₂＝0.95，则总效率η＝η₁η₂＝0.9*0.95＝0.855；

g为重量加速度，取g＝9.8；

将η、g带入式3中，则装机容量V＝ηgΔHQ＝0.855*9.8ΔHQ＝8.739ΔHQ，方便计算，取V＝8ΔHQ，再将式2代入式3中，则得V＝ΔHR/3150；

(3)建坝：按照选定的高坝大库抽水蓄能水电站的建造地址和装机容量修建上坝和下坝，上坝和下坝均为一次性建成；当下水库和上水库成形后，开始完善水道***、厂房***及其它辅助***，安装抽水蓄能机组，与国家超高压电网联网，调试后开始抽水蓄能发电；

(4)接入风能、太阳能：将上水库、下水库周边的风能发电、太阳能发电接入抽水蓄能机组，加强利用下库丰水期的弃水、电网的弃电，逐步实现周期性的抽水蓄能功能；

(5)水产养殖：对上水库、下水库的水域进行分区规划，开展网箱水产养殖，提高区域利用价值；

(6)旅游观光：对上水库、下水库周边区域进行灌溉，开展荒地绿化，果蔬种植、景观改造，并提供旅游观光服务。

优选的，所述下坝直接采用下游已建成的水电站的大坝。

优选的，所述下坝也可以由下游已建成的水电站的大坝加高而成。

采用以上技术方案，本发明具有的有益效果是：

(1)本发明在山区建造高坝大库抽水蓄能水电站，将弃电、风能、太阳能等以水能的形式进行大规模开发储蓄，并进行电网调峰发电，不仅解决了风能、太阳能不能连续为用户提供稳定能源问题，还可以用来调水、防洪，改善航运环境，对自然能源的开发利用提供了一条切实可行的有效途径。

(2)本发明的高坝大库抽水蓄能水电站结合电网电力进行抽水蓄能并进行电网调峰发电，并与超高压电网联网，输配电方便。

(3)本发明高坝大库抽水蓄能水电站上坝的修建可分为多期，有利于资金的调度安排，上坝是利用山地进行工程建设的，不仅可以避免占用大量良田，也减少了工程开挖回填工程量，并开展荒地绿化，果蔬种植、景观改造，对改善环境起到了较大的促进作用。

(4)本发明在流域的中上游建设高坝大库，除了可调节本流域丰水期流量之外，也方便于跨流域调水。洪水期间由于上游的抽水蓄能作用，下游河流流量减少，降低了下游水电站群的尾水水位，通过控制高坝大库排入中下河流的水量，相当于提高了下游水电站群的发电能力，即下游水电站群无论是在洪水期还是枯水期都能增加发电能力，当蓄水库容足够大时，将起到流域水力资源年调节的作用，使下游水电站群的发电能力得到倍增的效果。

【附图说明】

图1是实施例中红水河上游的水电站分布示意图；

图2是实施例中南盘江流域的水电站梯级开发示意图；

图3是实施例中北盘江流域的水电站梯级开发示意图；

图4是实施例中麻沙河流域的水电站梯级开发示意图；

图5是实施例中黄家厂水电站的输配电接入示意图；

图6是实施例中以黄家厂为中心的1000～4000km半径范围示意图；

图7是实施例中黄家厂抽水蓄能水电站的平面布置示意图；

图8是实施例中黄家厂抽水蓄能水电站的面积曲线；

图9是实施例中黄家厂抽水蓄能水电站蓄水1200m的回水范围图；

图10是实施例中黄家厂抽水蓄能水电站的库容曲线；

图11是实施例中黄家厂抽水蓄能水电站上坝的建造示意图；

图12是实施例中董箐水电站大坝加高示意图。

图中：10-上坝；20-厂房***；30-水道***。

【具体实施方式】

下面的实施例和试验例可以帮助本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。

以黄家厂抽水蓄能水电站的建造为例，描述本发明的高坝大库抽水蓄能电站的建造方法，该方法包括如下步骤：

(1)选址：根据山体的高度和河流的走向进行选址，确定抽水蓄能水电站的上坝和下坝的建造地址，规划建造高坝大库抽水蓄能水电站的上坝和下坝。

黄家厂位于贵州省兴仁县与晴隆县交界麻沙河进入北盘江的出口处，距兴仁县城直线距离约45km，距晴隆县城约20km。图1为红水河上游的水电站分布示意图，图2为南盘江流域的水电站梯级开发示意图，图3为北盘江流域的水电站梯级开发示意图，图4为麻沙河流域的水电站梯级开发示意图。如图1至图4所示，麻沙河中下游河谷深切，谷深一般在500～700m之间，成库条件好，淹没损失小，坝址具备建高坝条件，地形条件优越。坝高630m时，坝顶轴线长度约1396m，与天生桥178m高的面板堆石坝坝顶轴线长度相当，建坝工程量小。位于黄家厂下游的大坝加高后的董箐水电站，则可作为下水库使用。

如图5所示，黄家厂到兴仁县1000kV超高压换流站直线距离仅为38km，距离隆林天生桥水电站100km，距离龙滩水电站185km，距离三峡水利枢纽740km，正好处于西电东送的中继通道上，输配电方便。

随着我国超高压直流输配电技术的成熟，国家正在布置超高压全国联网，并把电卖到国外去。目前超高压输电技术已可以做到4000km半径范围内均属于经济输电范围。如图6所示，以黄家厂抽水蓄能水电站为中心的经济覆盖范围南可达印度尼西亚，西可达巴基斯坦，北可达新疆和东北，东部发达地区更是在2000km范围以内，该项目对全国大联网将起到不可替代的作用。因此，在黄家厂建造高坝大库抽水蓄能水电站满足选址建造条件，同时还具有众多优势。

图7是黄家厂抽水蓄能水电站的平面布置示意图，图8为黄家厂抽水蓄能水电站的面积曲线，图9为黄家厂抽水蓄能水电站蓄水1200m时的回水范围，水位为740m时回水面积为7.74*10⁶m²，水位为900m时回水面积为42.46*10⁶m²，水位为1090m时回水面积为118.25*10⁶m²，水位为1200m时回水面积为190.90*10⁶m²，水位为1240m时回水面积为232*10⁶m²。

图10为黄家厂抽水蓄能水电站的库容曲线，水位为740m时库容为346.5*10⁶m³，水位为900m时库容为4127.3*10⁶m³，水位为1090m时库容为19386.4*10⁶m³，水位为1240m时回水面积为44847*10⁶m³。

(2)确定装机容量：确定上坝和下坝的建造地址后，根据上坝、下坝组成的上、下水库间的水头和下水库的调节库容，按以下公式1计算并确定高坝大库抽水蓄能水电站的装机容量：

V＝ΔHR/3150

其中：

V为装机容量，ΔH为上、下水库间的水头；R为下水库的调节库容；

以下为上式的详细推演过程：已知公式2和公式3，

公式2.Q＝R/25200；

公式3.V＝ηgΔHQ；

在公式2、公式3中：

Q为流量，按每天抽水7h，即25200s计算；

η为总效率，η＝η₁η₂，取抽水效率η₁＝0.9、发电效率η₂＝0.95，则总效率η＝η₁η₂＝0.9*0.95＝0.855；

g为重量加速度，取g＝9.8；

将η、g带入式3中，则装机容量V＝ηgΔHQ＝0.855*9.8ΔHQ＝8.739ΔHQ，方便计算，取V＝8ΔHQ，再将式2代入式3中，则得V＝ΔHR/3150。

当下水库水位高程变幅为580～585m时，相应调节库容为0.731*10⁸m³；当水位高程变幅为585～590m时，相应调节库容为1.462*10⁸m³；当水位高程变幅为590～595m时，相应调节库容为2.193*10⁸m³。当董箐水电站大坝加高投入运行后，下水库的调节库容在50*10⁸m³以上，装机容量还可以大幅度增加。此时，将上、下水库间的水头ΔH和下水库的调节库容R代入公式1计算得黄家厂抽水蓄能电站的装机容量V的数据如表1所示：

表1装机容量V的数据

表1中，ΔH＝H1-H2,H1为上水库的平均水位高度，H2为下水库的平均水位高度。

(3)基建：按照选定的高坝大库抽水蓄能水电站的建造地址和装机容量修建上坝和下坝，上坝和下坝均为一次性建成；当下水库和上水库成形后，开始完善水道***、厂房***及其它辅助***，安装抽水蓄能机组，与国家超高压电网联网，调试后开始抽水蓄能发电。

图11是黄家厂抽水蓄能水电站上坝的建造示意图，该上坝属于超高大坝，可以选用高流态水泥混合砂浆充填碾压钢筋混凝土面板堆石坝的形式建造，可以加快工程建设的进度和提高大坝运行的安全性。如图11所示，当上坝10围成的上水库建成后，修建水道***20、厂房***30及其它辅助***，安装抽水蓄能机组，与超高压电网联网，调试后开始抽水蓄能；

水道***20，连接上水库和下水库，包括进出水口、引水隧洞、引水调压室、高压管道、尾水调压室、尾水隧洞等，水道***沿着山体埋设在地下，根据装机台数，水道***可以是单管道，也可以是多管道；可以是单管单机，也可以是单管多机或多管多机。

厂房***30包括主厂房、副厂房、主变压器室、开关站及出线场，以及母线洞、出线洞、进厂交通洞、通风洞、排水廊道等附属洞室等。将主厂房、副厂房、主变压器室等置于地下，开关站及出线场布置于地下洞室。

图12是董箐水电站大坝加高示意图，如图12所示，在原有面板堆石坝的下游侧，以原有面板堆石坝为基础，采用心墙堆石坝的方式加高原有大坝，形成黄家厂抽水蓄能水电站的下水库。

(4)接入风能、太阳能：将上水库、下水库周边的风能发电、太阳能发电接入抽水蓄能机组，加强利用下库丰水期的弃水、电网的弃电，逐步实现周期性的抽水蓄能功能；

在上、下水库附近的高地风口修建风力发电机组，在上、下水库的水面或向阳处修建光伏电站，并将电力接入抽水蓄能机组，周期性地将风能、太阳能发电以水能的形式进行储蓄，并进行电网调峰发电。

(5)水产养殖：对上水库、下水库的水域进行分区规划，开展网箱水产养殖；

充分利用上水库和下水库的宽度，中间放养鱼、蟹等水生动物，库边种植苇、藕、菱等水生植物并饲养鸭、鹅、水獭等，增加经济收益。

(6)旅游观光：对上水库、下水库周边区域进行灌溉，开展荒地绿化，果蔬种植、景观改造，并提供旅游观光服务。

黄家厂抽水蓄能水电站建造完成后，利用东方世纪公司的东方祥云大数据技术进行流域水资源调度，对建成中国、东南亚和西亚的统一大电网，将起到不可替代的作用，同时，对我国的筑坝和装备制造技术将有一个大幅度提升，为下一步开发类似的水利水电项目提供了一个十分有利的科学研究平台。黄家厂抽水蓄能水电站的建造，对周边流域还有以下有利影响：

(1)龙滩水电站400m正常高蓄水位方案可以考虑不再建设，可以增加一级乐康水电站，以充分利用375m～400m这段水头，使得这段水头能得以充分利用。增加了乐康水电站后，同时增加了整个流域的枯水期流量，对整个流域航运事业的发展，促进作用十分巨大。

(2)与龙滩、光照和天生桥一级水电站联合调度后，可以减少因需要满足防洪要求而减少的电量损失。目前的大多数抽水蓄能水电站调电网峰谷电量的方式为日调节，发电效率最高只能达到75％，而黄家厂抽水蓄能水电站参与防洪和年度调水，仅是降低本级水电站机组的发电效率而已，并不损失发电量，使得总体的发电效率大于1，甚至有倍增的效果。

(3)在黄家厂、天生桥一级、光照和龙滩水电站四个大水库的联合调度调节后，可以将南盘江、北盘江流域近300亿立方米的径流量调节至枯水期来利用，除了防洪、调水等水利航运效益外，还可以将目前全国丰水期约600亿千瓦时的弃电，倍增到枯水期来利用，大幅度地增加了黄家厂抽水蓄能水电站的经济和社会效益。

Claims (3)

1.一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选址：根据山体的高度和河流的走向进行选址，确定抽水蓄能水电站的上坝和下坝的建造地址，规划建造高坝大库抽水蓄能水电站的上坝和下坝；

(2)确定装机容量：确定上坝和下坝的建造地址后，根据上坝、下坝组成的上、下水库间的水头和下水库的调节库容，按以下公式计算并确定高坝大库抽水蓄能水电站的装机容量：

V＝ΔHR/3150

其中：

V为装机容量，ΔH为上、下水库间的水头，R为下水库的调节库容；

(3)建坝：按照选定的高坝大库抽水蓄能水电站的建造地址和装机容量修建上坝和下坝，上坝和下坝均为一次性建成，当下水库和上水库成形后，开始完善水道***、厂房***及其它辅助***，安装抽水蓄能机组，与国家超高压电网联网，调试后开始抽水蓄能发电；

(4)接入风能、太阳能：将上水库、下水库周边的风能发电、太阳能发电接入抽水蓄能机组，加强利用下库丰水期的弃水、电网的弃电，逐步实现周期性的抽水蓄能功能；

(5)水产养殖：对上水库、下水库的水域进行分区规划，开展网箱水产养殖，提高区域利用价值；

(6)旅游观光：对上水库、下水库周边区域进行灌溉，开展荒地绿化，果蔬种植、景观改造，并提供旅游观光服务。

2.根据权利要求1所述的一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，其特征在于，所述下坝直接采用下游已建成的水电站的大坝。

3.根据权利要求1所述的一种高坝大库抽水蓄能水电站的建造方法，其特征在于，所述下坝以下游已建成的水电站的大坝加高而成。